波长扩展InGaAs探测器的量子效率优化

通过建立双异质结型InGaAs探测器光响应的理论模型,分别对正面和背面进光时InP基波长扩展In0.8Ga0.2As/In0.79Al0.21As PIN探测器结构参数与光响应特性的关系进行了研究,模拟结果与采用GSMBE方法研制器件的实测数据吻合较好.此外,还提出了两种改良的背照射InGaAs探测器结构,并对其光响应特性进行了模拟计算,还基于模拟结果对器件结构参数进行了优化设计.     

延伸波长InGaAs探测器封装用二级热电制冷器性能研究

真空封装技术是延伸波长InGaAs探测器的主要封装方法之一,热电制冷器可为延伸波长InGaAs探测器焦平面提供低温环境。测试了基于真空封装技术无热负载条件下二级热电制冷器的性能,研究了二级热电制冷器在不同输入电流(功率)时冷、热端温差与热负载的关系,测试了二级热电制冷器在低温工况下的制冷性能以及二级热电制冷器处于不工作状态时的表观热导率。结果表明,热沉温度为274 K时,冷端可以达到221.4 K并实现77.5 K的冷、热端温差;当输入电流一定时,随着热负载的增加,冷、热端温差呈线性趋势减小,且斜率随着输入电流增大而增大;二级热电制冷器冷、热端温差在较高温度时更大,即制冷性能更好;当温度分别为233.1 K 和249.8 K时,表观热导率分别为11.30 W/(m·K)和8.29 W/(m·K)。     

多模光纤到单模光纤耦合效率的研究分析

由于多模光纤的纤芯直径远大于单模光纤的纤芯直径,且多模先纤的数值孔径也大于单模光纤的数值孔径,因此多单模转换效率极低.为了提高多模光纤到单模光纤的耦合效率,采用自聚焦透镜对从多模光纤出射的光束进行汇聚,使其半径大小尽量与单模光纤的芯径大小相匹配,然后再利用球透镜来减小被汇聚过的光束的发散角,在不考虑各种连接损耗的前提下,通过ZEMAX来求解多模光纤到单模先纤的耦合效率.采用这种新型组合透镜耦合的方法可以极大提高多单模耦合的耦合效率,其最高耦合效率可达到38.7%.因此,这种组合透镜法是可行的.     

InGaAs短波红外探测器

与InP衬底晶格常数相匹配的In0.53Ga0.47As材料能够制作出高质量的光电探测器,可工作在室温或热电制冷条件下,光响应谱范围为0.92～1.7μm,具有高达80%以上的量子效率.通过对InGaAs探测器芯片平面和平台式结构的分析,以及InGaAs芯片和HgCdTe芯片的性能测试、比较,充分证明了InGaAs材料芯片的优越性及研制在室温下工作的高性能InGaAs探测器的可行性.对InGaAs芯片相对光谱特性的测试表明,InGaAs材料温度响应重复性较好.     

台面型InGaAs探测器暗电流及低频噪声研究

制备了一系列不同面积的台面型InGaAs红外探测器,通过周长面积比(P/A)的变化分析了器件的暗电流机制及低频噪声性能。结果表明,在现有的材料和工艺水平下,台面边缘和体内的产生复合电流都在总暗电流中占了较大部分。对测试结构器件的低频噪声测量表明,在反偏下,器件表现出明显的1/f噪声;由于边缘产生复合电流对小尺寸器件的影响大,其产生的噪声使得器件总噪声变大。这些结果表明,以后的工艺改进应注重减少边缘电流和体内产生复合电流。     

振动对空间光-光纤耦合效率影响及补偿实验研究

利用现有成熟光纤通信技术是目前卫星光通信技术的重要发展方向,但需首先解决空间光-光纤耦合这一关键问题。文中对卫星平台振动对空间光-光纤耦合效率的影响进行了理论分析;在此基础上针对卫星光通信终端,建立以CCD 为探测器,高速偏转镜为补偿器件的卫星平台微振补偿系统,并进行了实验研究。实验结果表明:所采用的基于反馈控制技术的主动补偿系统能有效地抑制低频振动。在振动频率介于1～50 Hz,振动幅度介于75～300 rad 之间时,补偿系统对耦合效率的最大改善率可达54.73%,验证了补偿方案的可行性及有效性,为在卫星光通信系统中应用各种光纤通信技术打下基础。     

对光纤位移传感器耦合效率的修正

采用积分的方法，算出了两光纤位移传感器的耦合效率，导出了光纤位移传感器耦合效率的解析表达工，并与常规理论计算的结果进行了比较。     

利用LBIC技术对InGaAs平面结器件结区特性的研究

室温铟镓砷（InGaAs）焦平面技术在航天工业上的应用越来越广泛，铟镓砷（InGaAs）焦平面列阵中探测器的尺寸正不断减小，这使得常规工艺形成的光伏探测器，其有效光敏元面积扩大的问题越来越突出。本文利用激光诱导电流检测（LBIC）系统测试了平面结InGaAs（P—I-N）探测器芯片的光敏元，证实了有效光敏面扩大的存在。从实验结果看，掺杂离子的横向扩散和结区的侧向收集效应，是平面工艺形成的光伏器件光敏元面积扩大的主要因素，并利用得到的实验数据拟合求出了器件少子的扩散长度。     

利用LBIC技术对InGaAs平面结器件结区特性的研究

室温铟镓砷(InGaAs)焦平面技术在航天工业上的应用越来越广泛，铟镓砷(InGaAs)焦平面列阵中探测器的尺寸正不断减小，这使得常规工艺形成的光伏探测器，其有效光敏元面积扩大的问题越来越突出。本文利用激光诱导电流检测(LBIC)系统测试了平面结InGaAs(PIN)探测器芯片的光敏元，证实了有效光敏面扩大的存在。从实验结果看，掺杂离子的横向扩散和结区的侧向收集效应，是平面工艺形成的光伏器件光敏元面积扩大的主要因素，并利用得到的实验数据拟合求出了器件少子的扩散长度。     

俄歇复合对同质结InGaAs探测器探测率的影响

通过对InGaAs材料的俄歇(Auger)复合机制的理论分析,给出了少子寿命与材料组分、温度和载流子浓度的关系,从而得到材料参数等对InGaAs探测器的探测率影响的结果,优化材料参数和器件结构可抑制Auger复合机制,提高InGaAs探测器的探测率.     

大芯径多模石英光纤端面耦合技术研究

对大芯径多模光纤端面耦合技术进行了研究，实验测量了光纤端面间的横向偏离、轴向偏离及光纤轴夹角对耦合效率的影响，其中光纤端面间的横向偏离对耦合效率影响较大，这些实验结果对大芯径多模光纤端面间的连接或熔接以及提高耦合效率具有一定意义。     

短波红外铟镓砷探测器材料表面缺陷研究

短波红外铟镓砷(InGaAs)探测器材料的表面缺陷是发展大规模小像元焦平面阵列的核心问题之一,其中与衬底晶格失配的延伸波长探测器材料的表面缺陷控制起来尤为困难。优化了分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE) In束源炉的温度设置。结果表明,In炉上下温差为130℃时所生长的短波红外晶格失配In_0.83Ga_0.17As材料的表面缺陷密度最小,由此有效地将材料的表面缺陷密度由3000 cm^-2左右降至约500 cm^-2。结合短波红外晶格失配InGaAs材料的室温光致发光测试,经分析可知,In束源炉上下温差存在最优值的现象是由于In金属液滴和炉子顶部杂质引起卵形缺陷这两种机制的共同作用而引起的。本文制备的低缺陷密度晶格失配InGaAs探测器材料为发展高性能延伸波长短波红外焦平面阵列打下了基础。     

收发共光路单模光纤耦合光学系统研究

目标散射光至单模光纤的高效耦合是光纤相干探测激光雷达系统研制的关键技术。为获得尽可能高的单模光纤耦合效率,首先分析了Zernike初级像差对单模光纤耦合效率的影响,在此基础上针对收发共光路单模光纤耦合光学系统在真空中使用的需求设计了带有真空补偿镜的耦合光学系统,实测耦合效率为55.9%。最后对耦合系统在不同温度下的耦合效率进行了测试,在(20.4±2)℃的温度范围内耦合效率最低为45.7%,并通过基于角锥棱镜的焦面位置等效验证方案验证了真空状态下的耦合效率与地面测试状态下的耦合效率一致。     

空间遥感用近红外InGaAs焦平面组件

介绍了InGaAs PIN探测器的结构和主要性能指标,综述了InGaAs探测器的研究进展,特别是我国空间遥感用高均匀性长线列InGaAs焦平面组件的关键技术和主要性能结果.近年来,我国空间遥感用InGaAs得到了较快发展,研制出光谱响应为0.9～1.7μm的正照射和背照射256×1元InGaAs线列焦平面组件,室温下其峰值响应率分别为7.8×1011cm·Hz1/2/W和4.5×1011 cm·Hz1/2/W,而且利用正照射256×1元InGaAs线列焦平面组件实现了扫描成像,图像清晰.此外,研制了光谱响应延展至2.4μm的256×1元InGaAs线列平面组件,其室温下峰值探测率为2.5×1010cm·Hz1/2/W.这些研究结果为下一步更长线列焦平面组件的研制提供了坚实的基础,同时器件的性能需要进一步提高,以满足空间遥感应用的要求.     

InGaAs红外焦平面

本文概括了国内外InGaAs红外焦平面的研究现状、发展趋势和基本性质。介绍了几种InGaAs红外焦平面的结构和工作原理,及其在军用、民用和空间遥感领域的应用前景。对InGaAs焦平面的研究和开发将具有非常重要的意义。     

球形与锥形光纤探针耦合特性的研究

用实验方法测量了球形与锥形光纤的耦合效率随球的弓形高及锥形光纤圆锥角的变化关系,作出耦合效率曲线,通过测定耦合效率的实验可知:球形与锥形光纤的耦合效率随球的弓形高增加而基本上线性上升,随着锥形光纤圆锥角的增加而增大,在锥角由10.3°增大到54.6°时,耦合效率曲线呈较快的上升趋势;在锥角由54.6°增大到71.3°时,耦合效率曲线上升趋势较缓;随着球形与锥形光纤的间距的减小而增大,在间距由0.10 mm减小到0.03 mm时,耦合效率曲线呈较快的上升趋势;在间距由0.03 mm减小到0.02 mm时,耦合效率曲线上升趋势较缓。     

正照射与背照射InGaAs探测器的性能对比研究

首先介绍了InGaAs台面探测器的研究进展，然后为了验证利用台面结制作背照射器件的可行性，利用分子束外延（MBE）方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP／InGaAs／InP双异质结外延材料，通过台面制作、钝化、电极生长、背面抛光等工艺，制备了8元台面InGaAs探测器，并测试了正照射和背照射时，器件的Ⅰ-Ⅴ、信号和响应光谱。测试结果表明，正照射和背照射情况下，器件的响应信号差别不大，正照射下器件的平均峰值探测率为4．1×10^11cm·Hz^1/2·W^-1，背照射下器件的平均峰值探测率为4．0×10^11cm·Hz^1/2·W^-1，但背照射情况下器件的响应光谱在短波方向有更好的截止。